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1、LCD原理大剖析ZDNET China03/01/2002LCD Liquid Crystal Display對於許多的用戶而言可能是一個比較新鮮的名詞，不過這種技術存在的歷史可能遠遠超過了我們的想象 -在 1888 年，一位奧地利的植物學家 F. Renitzer便發現了液晶特别的物理特性。 在 85年之後，這一發現才產生了商業價值， 1973 年日本的夏普公司首次將它運用於製作電子計算器的數位顯示。現在， LCD是筆記型電腦和掌上電腦的主要顯示設備，在投影機中，它也扮演著非常重要的角色，而且它開始逐漸滲入到桌面顯示器市場中。 為什麼叫液晶？液晶得名於其物理特性：它的分子晶體，不過以液態存在
2、而非固態。大多數液晶都屬於有機複合物。 被動矩陣液晶顯示技術 高資訊密度顯示技術中首先商品化的是被動矩陣顯示技術。它得名於控制液晶單元的開和關的簡單設計。 主動矩陣LCD及其弱勢 主動矩陣 LCD的上下表層也縱橫有序排列著用銦錫氧化物做成的透明電極。所不同的是在每個單元中都加入了很小的電晶體，由電晶體來控制電流的開和關。 傳統工藝流程 LCD 的面板最早使用非常薄的玻璃製造。大約只有 1.1-0.4毫米厚，由於玻璃生產中，設備不同會造成玻璃厚度不同。所以，顯示器只能在一套模具中製造。 你不能不知道的LCD被動矩陣液晶顯示技術視角及反應速度耗電量為什麼叫液晶？主動矩陣LCD及其弱勢顯示色彩傳統工
3、藝流程為什麼叫液晶？ZDNET China2002/01/03液晶得名於其物理特性：它的分子晶體，不過以液態存在而非固態。大多數液晶都屬於有機複合物。這些晶體分子的液體特性使得它具有兩種非常有用的特點：如果你讓電流通過液晶層，這些分子將會以電流的流向方向進行排列，如果沒有電流，它們將會彼此平行排列。如果你提供了帶有細小溝槽的外層，將液晶倒入後，液晶分子會順著槽排列，並且內層與外層以同樣的方式進行排列。 液晶的第三個特性是很神奇的：液晶層能夠使光線發生扭轉。液晶層表現的有些類似偏光器，這就意味著它能夠過濾掉除了那些從特别方向射入之外的所有光線。此外，如果液晶層發生了扭轉，光線將會隨之扭轉，以不同
4、的方向從另外一個面中射出。 液晶的這些特點使得它可以被用來當作一種開關 - 即可以阻礙光線，也可以允許光線通過。液晶單元的底層是由細小的脊構成的，這些脊的作用是讓分子呈平行排列。上表面也是如此，在這兩側之間的分子平行排列，不過當上下兩個表面之間呈一定的角度時，液晶成了隨著兩個不同方向的表面進行排列，就會發生扭曲。結果便是這個扭曲了的螺旋層使通過的光線也發生扭曲。 如果電流通過液晶，所有的分子將會按照電流的方向進行排列，這樣就會消除光線的扭轉。如果將一個偏振濾光器放置在液晶層的上表面，扭轉的光線通過了，而沒有發生扭轉的光線將被阻礙。因此可以通過電流的通斷改變 LCD 中的液晶排列，使光線在加電時
5、射出，而不加電時被阻斷。也有某些設計了省電的需要，有電流時，光線不能通過，沒有電流時，光線通過。 液晶可以阻礙左也可以允許右光線通過 顯示技術由於不同的應用目的而分成不同的類型。有的是成了靜態顯示，比如道路標誌和顯示牌，它們的顯示資訊是不變的。平面顯示技術則被用於傳遞發生變化的顯示資訊，所以顯示資訊量的大小就決定了所採用的顯示技術類型。對於攜帶型的計算器等設備而言，由於所傳遞的資訊量相對較低，被稱為低資訊密度顯示技術；對於電腦顯示器而言，由於傳遞的資訊量大，則相應被稱為高資訊密度顯示技術。 被動矩陣液晶顯示技術ZDNET China2002/01/03高資訊密度顯示技術中首先商品化的是被動矩陣
6、顯示技術。它得名於控制液晶單元的開和關的簡單設計。 被動矩陣液晶顯示的驅動方式是由垂直與水平方向的電極所構成，單獨的液晶單元夾在彼此垂直的電極中間。因此，任何一組電極的驅動就會在特定的單元中引起電流通過。 被動矩陣顯示畫面的原理就是輸入的信號依次去驅動每一排的電極，於是當某一排被選定的時候，列向上的電極將被觸發打開位於排和列交叉上的那些像素。這種方法比較簡單，而且對液晶螢幕的成本增加也不多。不過它也有缺點，如果有太大的電流通過某個單元，四周的單元都會受到影響，引起虛影。如果電流太小，單元的開和關就會變得遲緩，降低對比度和丟失移動畫面的細節。 早期，被動矩陣板依賴于扭轉向列的設計。上層和下層的偏
7、光板的偏振光方向呈 90 度，因此中間的液晶以 90 度進行扭轉。這樣製造的液晶板對比度很低、回應時間也很慢。這種方式運用在低資訊量顯示時很好，不過被證明不適合電腦顯示。 超扭轉向列 SuperTwisted Nematic方法是通過改變液晶材料的化學成分，使液晶分子發生不只一次的扭轉，光線扭轉達到 180 度到 270 度，這樣便可大大地改善畫面的顯示品質。 80 年代初期 STN 技術一度非常流行，至今它還在可攜式設備如 PDA ，手機中使用。雖然 STN 技術提升了顯示的對比度，不過它會引起光線的色彩偏差，尤其是在螢幕偏離主軸的位置上。這就是爲什麽早期的筆記型電腦螢幕總是偏藍和偏黃的原因
8、。 了解決這一問題，雙層超扭曲向列型顯示技術 DSTN 出現了，它具有兩層扭轉方向相對的 LCD 層，第二層使得第一層遺留的色偏問題得以解決。當然它的製造工藝比前兩種方式要複雜的多。 後來人們發現了比 DSTN 更簡單易行的方法 - 在底層和頂層的外表面加上補償膜，來改善 STN 技術中所産生的特定波段光線的散射和反射現象，這就是補償膜超扭轉向列 Film-compensated STNFSTN。 FSTN 的顯示效果和 DSTN 相當，但價格和工藝難度大大降低，所以現在大多數被動式 LCD 都採用了 FSTN 技術。 FSTN 技術的 LCD顯示效果，人們又於 90 年代初期提出了雙掃描概念
9、。所謂雙掃描，就是將面板水平對等地分爲兩部分，頂端和底端相對應的部分同時掃描，這就大大提升了掃描的頻率。雙掃描解決了小電流、長時間使用的情況下经常産生的鬼影現象。和主動矩陣顯示相比顯著提升了對比度、畫質和回應時間，所以現在還廣爲低價位的筆記型電腦所採用。 主動矩陣LCD及其弱勢ZDNET China2002/01/03被動矩陣 LCD 的最大問題是難以快速地控制單獨的液晶單元，並以足夠大的電流保證來獲得好的對比度、足夠的灰階級和較快的回應時間，從而影響了動態影像的顯示效果。主動矩陣 LCD 通過單獨地控制每個單元，有效地解決了上面的問題。 與被動矩陣LCD 相似，主動矩陣 Active Mat
10、rix LCD 的上下表層也縱橫有序排列著用銦錫氧化物做成的透明電極。所不同的是在每個單元中都加入了很小的電晶體，由電晶體來控制電流的開和關。電晶體電極是利用薄膜技術而做成的。電晶體利用了薄膜來形成半導體。薄膜電晶體 LCD TFT-LCD也因此得名 電晶體可以迅速地控制每個單元，由於單元之間的電干擾很小，所以你可以使用大電流，而不會有鬼影和拖尾現象。更大的電流會提供更好的對比度、更銳利的和更明亮的圖像。 視角及反應速度 視角範圍受限、反映速度慢使得 LCD 在顯示快速移動圖像時與 CRT 相比產生一種先天的缺陷。 顯示色彩LCD 技術是根據電壓的大小來改變亮度，但是只有主動矩陣 LCD可以單
11、獨控制每個像素。 耗電量主動矩陣式 LCD 顯示器與 CRT 相比較小，需要很少的電量。事實上，它已經變成了攜帶型設備的標準顯示器，從 PDA 到筆記型電腦均廣泛運用。 【玩家入門】LCD原理大剖析視角及反應速度ZDNET China2002/01/03在傳統的 CRT 顯示器或電視機中，圖像的顯示是通過發光物體 - 磷來實現的，光線從這一層向各個方向發射，只是強弱稍有不同而已。因此，你可以從一個很大的可視角範圍來觀看螢幕，無論從哪個角度去觀察，顯示的亮度、色彩都和正視效果相近。 改變電流方向增加視角LCD和其他大多數顯示技術，都需要強的背景光線穿過液晶層或者其他顯示層來形成圖像，從而完成圖像
12、的傳遞過程。 LCD 的特性決定了它所需的背景光是定向的。舉一個形象的例子來說，就好比你手中握有一把吸管，它們的一端對準光源。如果你通過另一端直視吸管，你將會看到光源射出的光線。但是如果你略微移開眼睛，從其他的方向去看的話，你就無法觀察到光線了。 LCD 技術正是如此。雖然液晶分子並不像吸管一樣是中空的，但是它們的有序排列阻止了光線向其他方向發射。 為了解決視角問題，製造商們也想出了許多方法。直接在顯示器外面附加一層漫射膜是辦法之一，漫射膜可以將特定傳播方向的光線散射向各個方向，從而增大可視角度。不過這種方法只能達到一定程度的改善。另一種做法是改變通過液晶的電流方向來增大可視角度。電流不再是從
13、頂端流向底端，而是從側面方向流過。這就使得液晶分子在水平方向上有序排列，從而增大了傳遞光線的可視角度。這兩種技術通常用在水平可視角度的改善上。 第三種解決方案比較複雜，而且會使製造成本大大增加。主要方法是將每個液晶單元分割成大量微小的部分，事先將這些微小子單元以不同的方向傾斜，這就使得傳播光線在到達這些微小面板的時候向各個方向散射，從而增大可視角度。昂貴的成本限制了它的廣泛使用，僅在一些具有需要同時從遠處和近處觀察的桌上型顯示器中才應用這種技術。 反應速度 LCD單元在控制信號到達與變化完成之間存在滯後現象，這使得 LCD 在顯示快速移動圖像時與 CRT 相比具有一種先天的缺陷。 CRT 的電
14、子槍發射電子束到被激發的螢光粉發光之間幾乎是瞬間的。 這種時間滯後被稱反應時間，其單位通常是毫秒。被動矩陣顯示器回應時間很長，約有 150 毫秒或更多，所以不適於顯示諸如電影的移動畫面。 在主動矩陣顯示器中像素回應時間隨設計的不同而異，主要受到幾個因素影響，包括用來驅動單元的電壓，單元的厚度和使用的液晶材料。標準的主動矩陣顯示器一般有 40 毫秒的回應時間，也就是說每秒能顯示 25 幀。平面內轉換增加了可視角度，但顯示會變慢，一般有 70 毫秒反應時間。顯示器更快一些，有 25 毫秒反應時間。 顯示色彩ZDNET China2002/01/03LCD 顯示的一個重要的技術指標是顯示色彩。 CR
15、T 顯示器所能表現出的色彩幾乎是無窮的，因為它是類比設備。只需改變紅綠藍三種類比信號的強度，你就可以得到不同的色彩。與 CRT 一樣， LCD 技術也是根據電壓的大小來改變亮度，但是只有主動矩陣 LCD 可以單獨控制每個像素，被動矩陣 LCD 每次都要驅動整行或整列像素，因此它的灰階表現能力很差。 每個 LCD 的子像素顯示的顔色取決於色彩篩檢程式。由於液晶本身沒有顔色，所以用濾色片産生各種顔色，而不是子像素，子像素只能通過控制光線的通過強度來調節灰階，只有少數主動矩陣顯示採用類比信號控制，大多數則採用數位信號控制技術。大部分數位控制的 LCD 都採用了 8 位控制器，可以產生 256 級灰階。每個子像素能夠表現 256 級，那麼你就能夠得到 2563種色彩，每個像素能夠表現 16,777,216 種成色。因為人的眼睛對亮度的感覺並不是線性變化的，人眼對低亮度的變化更加敏感，所以這種 24 位的色度並不1能完全達到理想要求。工程師們通過脈衝電壓調節的方法以使色彩變化看起來更加統一。 製造商還採用了兩種技術來提升主動矩陣顯示中每個液晶單元的灰階顯示數目。第一種是抖動方法。將四個毗連呈正方形的像素作為一個單元，如果其中一個的灰階太低，那麼相鄰的像素就會提升自身的亮度，從而顯示出一個比較適中的灰階，四個像素最後會顯示出三個適中的最終灰階作為顯示結果。這
